Prevención de óxido para acero para herramientas en almacenamiento y tránsito

El óxido necesita una superficie húmeda, y la atmósfera determina cuánto tiempo permanece húmeda

La variable que controla la corrosión atmosférica no es la temperatura ni la humedad por sí solas. La fuente las trata como un par, el complejo de temperatura y humedad, y luego agrega el parámetro que realmente impulsa la corrosión, que es el tiempo de humectación. Ese es el período durante el cual existe humedad sobre la superficie metálica y la corrosión puede avanzar. La capa de humedad que importa no siempre es lluvia visible. Puede generarse por lluvia, niebla, nieve, condensación de rocío o por condensación capilar en un depósito o una grieta, y la última de estas es la que silenciosamente mantiene una superficie húmeda durante semanas dentro de un paquete sellado.

El umbral que utiliza la fuente proviene del cálculo de la ISO 9223. El tiempo de humectación se cuenta usando 80% como la humedad relativa crítica para temperaturas de 0 C (32 F) o superiores, porque allí es donde comienza la condensación sobre una superficie metálica. Por encima del 90% de humedad relativa y por debajo de 25 C (77 F) se alcanza el punto de rocío y la humedad sobre la superficie se vuelve visible, en una capa más gruesa que la película formada por la primera condensación. Hay una sorpresa útil en el mismo párrafo. La capa más delgada es una barrera pobre a la difusión de oxígeno y queda prácticamente saturada de oxígeno disuelto, por lo que la velocidad de corrosión del metal es en realidad más rápida bajo la película delgada de condensación que bajo la capa de humedad más gruesa que se forma a mayor humedad relativa. Secar una superficie un poco no es lo mismo que secarla adecuadamente.

Los umbrales de humectación que utiliza la fuente. La entrada contraintuitiva es la tercera, donde la capa de humedad más delgada resulta ser la más agresiva porque permanece saturada de oxígeno disuelto.

Ese conjunto de números es lo que decide una decisión de almacén. Un almacén que se mantiene al 85% de humedad relativa durante la mayor parte del año es un almacén donde el acero desnudo está húmedo según la definición que usa la norma, incluso si no se ve agua en las estanterías. Un almacén deshumidificado mantenido por debajo del valor crítico no lo está, y la diferencia en lo que le ocurre al stock es la diferencia entre los dos regímenes y no una mejora gradual.

Los dos contaminantes que determinan qué tan malo es un lugar

La fuente nombra dos contaminantes como los que aceleran la velocidad de corrosión atmosférica en varios órdenes de magnitud, y ambos son relevantes para un proveedor de acero. Los cloruros llegan como salinidad transportada por el aire en aerosoles provenientes de rocío salino y niebla salina cerca de una costa, y de plantas que producen cloruro de hidrógeno o hipoclorito de sodio. El ion cloruro actúa directamente contra el mecanismo que protege una superficie inoxidable, penetrando y destruyendo la capa pasiva de óxido e hidróxido, y es uno de los principales agentes detrás del ataque por picadura. El dióxido de azufre es el contaminante urbano e industrial, y actúa indirectamente. En presencia de oxígeno se convierte en ácido sulfúrico dentro de la capa de humedad condensada sobre el metal, el pH de la humedad a menudo cae por debajo de 4.5, y la velocidad de corrosión aumenta bruscamente. Los metales que son relativamente resistentes en una atmósfera neutra se corroen rápidamente en ese ambiente ácido.

Los contaminantes que la fuente identifica como los principales aceleradores de la corrosión atmosférica, con la ruta de clasificación para cada uno. Ambos se clasifican de la misma manera, por tasa de deposición promedio anual.

La ruta de clasificación es la misma para ambos, y conviene conocerla porque es el número al que se puede asociar una decisión de cliente o de logística. Según ISO 9223, la corrosividad atmosférica se clasifica a partir de la tasa de deposición promedio anual de cloruros y de dióxido de azufre, expresada en miligramos por metro cuadrado por día, y los métodos de muestreo recomendados se dan en ISO 9225 con el aparato de vela húmeda para cloruro y la placa de sulfatación para dióxido de azufre. Un sitio cerca de la costa y un sitio en un valle industrial caerán en categorías diferentes solo por esos dos números, y la misma caja de acero para herramientas enfrenta un riesgo distinto en cada uno.

Lo que el acero puede y no puede hacer al respecto

Existe un marco termodinámico para todo el tema, y la fuente lo aplica al hierro porque el hierro es el constituyente principal de los aceros al carbono y aleados. Un diagrama de Pourbaix para el hierro en agua a 25 C muestra tres posibilidades a medida que el potencial y el pH se desplazan: una región de corrosión donde el metal está activo y se disuelve, una región de pasividad donde un óxido protector mantiene la superficie, y una región de inmunidad donde el metal mismo es estable. La lectura práctica para un pedido de acero para herramientas es que las tres regiones están determinadas por la química del acero así como por el entorno. Un grado inoxidable se gana su lugar en la región pasiva debido a su cromo. Un acero para herramientas al carbono o de baja aleación no tiene tal región que ocupar en una atmósfera normal, por lo que no hay un estado superficial al que aspirar y la protección tiene que venir del exterior.

Por eso los dos grupos de productos necesitan respuestas diferentes a la misma pregunta. Para un grado inoxidable en un almacén costero, la pregunta es si la película pasiva sobrevive al nivel de cloruro, y la respuesta es en parte el grado y en parte el acabado. Para un acero para herramientas al carbono o de baja aleación, la pregunta es solo cuánto dura la barrera, porque una barrera es todo lo que hay. La química que decide a qué grupo pertenece un grado está en la tabla de resistencia a la corrosión del acero inoxidable y la tabla de composición del acero para herramientas.

Lo que mantiene una entrega en condiciones

Las medidas que funcionan se derivan del mecanismo. La corrosión necesita una superficie húmeda, así que la primera palanca es el agua y la segunda es el tiempo que permanece allí. Cuando una pieza va a un paquete cerrado, la respuesta que da la fuente es un inhibidor de corrosión en fase vapor, un compuesto volátil con una presión de vapor moderadamente alta que llega al metal a través de la fase vapor en lugar de aplicarse sobre él, y que es eficaz en espacios cerrados como paquetes cerrados o el interior de maquinaria durante el envío. La ventaja que tiene sobre un recubrimiento es el alcance, porque las moléculas volatilizadas llegan a espacios de difícil acceso como un hueco entre dos bridas metálicas, que es exactamente donde una herramienta o un ensamblaje se oxida primero.

Medidas de protección para almacenamiento y tránsito, ordenadas desde el control general de la atmósfera hasta el uso específico de un inhibidor en fase vapor. La última fila es la razón por la que existe el resto de la tabla.

Dos advertencias acompañan la ruta del inhibidor. La fuente clasifica los inhibidores en tipos pasivantes, orgánicos y en fase vapor, y los inhibidores pasivantes son productos químicos oxidantes como cromatos, nitritos y molibdatos que desplazan el potencial de corrosión varias décimas de voltio en dirección noble. Ese es un desplazamiento grande para una adición pequeña, por lo que un exceso de un inhibidor pasivante puede empujar una superficie hacia la corrosión localizada en lugar de protegerla. La presión de vapor de un inhibidor en fase vapor también es un parámetro de trabajo, y la fuente considera que una presión de vapor del orden de una millonésima de torr es demasiado baja para ser eficaz. Ambos puntos abogan por usar un producto de embalaje según lo especificado en lugar de improvisar con un producto químico de uso general.

Cómo se verifica una condición de entrega

Cuando una orden de compra necesita un número en lugar de una garantía, la ruta es una exposición de cupones y una pérdida de masa, y las normas para ello son lo suficientemente antiguas y detalladas como para eliminar la mayor parte de la discusión. ASTM G 50 cubre la realización de pruebas de corrosión atmosférica en metales, ASTM G 4 cubre las pruebas de cupones de corrosión en aplicaciones de campo, y ASTM G 1 cubre la preparación, limpieza y evaluación de las probetas después, que es el paso donde un resultado se echa a perder más fácilmente. ASTM G 92 cubre cómo se caracteriza un sitio de prueba atmosférica, y ASTM G 84 cubre la medición del tiempo de humectación directamente sobre la superficie. Del lado de la contaminación, ASTM G 91 cubre el monitoreo del dióxido de azufre con una placa de sulfatación y ASTM G 140 cubre la determinación de la tasa de deposición de cloruro atmosférico por el método de vela húmeda.

Las normas que la fuente enumera para caracterizar una atmósfera y para realizar ensayos de corrosión atmosférica, presentadas aquí como una lista de trabajo para un proveedor que debe declarar contra qué se ensayó una condición de entrega. Condensado de la Tabla 2 del artículo.

Lea esa lista como la especificación que respalda una declaración de envío. Si un proveedor declara que una entrega fue embalada para una categoría de corrosividad, los dos números de la categoría tienen que venir de algún lugar, y esas normas son ese lugar. La eliminación de los productos de corrosión antes de pesar el cupón se cubre por separado porque es la operación que decide si una película de óxido leve se cuenta o se disuelve, y es la razón por la que una cifra de pérdida de masa citada sin el método de eliminación de productos de corrosión no es comparable con otra. El lado de la especificación de la misma cuestión está en condición de entrega de barras de acero para herramientas y Suministro de acero para herramientas, el estado superficial que recibe un cliente se describe en macroataque de barras y segregación de carburos, y los ensayos que se realizan sobre el acero mismo están en cómo se analiza la composición química del acero y toma de muestra de acero para un ensayo de laboratorio.

Qué significa esto en un pedido de acero para herramientas

Se derivan tres cosas. Pregunte dónde se almacenará y enviará el material, porque las dos velocidades de deposición y el tiempo de humectación deciden el requisito de embalaje más que el grado. Trate una superficie ligeramente condensada como el caso peligroso en lugar de la visiblemente húmeda, ya que la película delgada está saturada de oxígeno y corroe más rápido que una capa más gruesa. Y separe los dos grupos de productos en la norma de embalaje, porque un grado inoxidable puede seleccionarse para el ambiente mientras que un grado al carbono o de baja aleación solo puede protegerse de él. Cuando el ambiente es costero, el mecanismo de picadura detrás del ataque por cloruros se cubre en Corrosión por picadura en acero para herramientas y moldes, el mismo mecanismo dentro de un espacio cerrado está en corrosión por rendija en acero para moldes, y los grados que obtienen su resistencia a la corrosión del cromo se describen en acero inoxidable 440C y acero inoxidable 420.

Fuente: ASM Handbook, Volume 13A, Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection, ASM International, 2003.